《深水柔性立管渦激振動與上部平台運動的動力耦合研究》是依託中國科學院力學研究所，由陳偉民擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：深水柔性立管渦激振動與上部平台運動的動力耦合研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳偉民
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
深水立管結構形式和流場速度分布變得複雜,而且由於平台浮體運動幅度增大使得水下立管與上部平台運動的耦合作用更加明顯,因此深水柔性立管的渦激振動回響預測更加困難，需要研究水下立管與上部平台的動力耦合機理和動回響規律。本課題利用理論研究結合數值計算和模型試驗，進行考慮平台運動影響的深水立管渦激振動研究，建立相應的非定常回響預測模型；研究結果對提高深水平台的結構安全性具有一定的工程套用價值。 主要研究內容：（1）鎖頻階段立管動力、平台動力及二者的耦合作用，相互作用的靜力/動力學描述；（2）不同平台運動形式（如縱/橫盪、垂盪、縱/橫搖和首搖等）對立管渦激振動的鎖頻範圍和振動幅值的不同影響機理和規律，如非線性振幅放大、參數激勵等現象。（3）大柔度立管在平台運動和渦激升力共同作用下的非線性動回響的數值模擬；（4）非定常流中，大柔度立管渦激振動的描述模型、主要影響因素以及參數推廣方法。
結題摘要
深水立管結構形式和流場速度分布變得複雜,而且由於平台浮體運動幅度增大使得水下立管與上部平台運動的耦合作用更加明顯,因此深水柔性立管的渦激振動回響預測更加困難，需要研究水下立管與上部平台的動力耦合機理和動回響規律。本課題利用理論研究結合數值計算和模型試驗，進行考慮平台運動影響的深水立管渦激振動研究，建立相應的非定常回響預測模型；研究結果對提高深水平台的結構安全性具有一定的工程套用價值。 主要研究內容：鎖頻階段立管動力、平台動力及二者的耦合作用，相互作用的靜力/動力學描述；各種平台運動形式（如縱/橫盪、垂盪、縱/橫搖和首搖等）對立管渦激振動的鎖頻區域和回響幅值的不同影響機理以及影響範圍；非線性立管在平台運動和渦激升力共同作用下的動回響數值模擬；運動邊界對水動力和結構動力的展向相關性與相關長度的影響。 結果表明：（1）浮體不同運動形式與水下結構的耦合機理不同。浮體橫盪會造成運動邊界效應，由於非線性耦合，水下結構的回響出現了振幅放大現象，水面浮體振動會在沿著水下結構傳播的過程中被放大；由於該現象的存在，即使在較小的流速下，由於結構和流場的相對速度增大，也會引發新的渦激振動鎖頻區域；垂盪引起結構參數周期變化，從而導致結構軸向動張力和參數激勵，在平台垂盪和渦激振動的共同作用下，結構的動回響會大於渦激振動與參數激勵分別單獨作用的回響。（2）獲得了浮體運動幅值、頻率對水下細長結構渦激振動的影響規律，揭示了耦合過程中振幅放大、新鎖頻區域以及動回響中模態轉換等新現象。與不考慮浮體運動相比，水下結構的動回響位移增大了多倍，而且振幅放大倍數隨著模態階數的降低而增大；浮體橫盪振幅越大，水下結構振動幅值也越大，但無量綱振幅放大倍數隨浮體橫盪振幅的變化不明顯；在某些激勵頻率下，浮體垂盪與結構耦合的動回響過程中會出現模態轉換現象，表現為高階模態向低階模態轉換，發生模態轉換後，位移幅值會有明顯增大。
